Uma imagem de microscópio eletrônico de varredura, deixou, e uma imagem de microscópio eletrônico de transmissão de alta resolução mostra um amostra de carbono poroso contendo enxofre. O material criado na Rice University pode ser ajustado para equilibrar o sequestro de dióxido de carbono e a seletividade do metano. Crédito:Barron Research Group / Rice University
Os produtores de gás natural querem extrair todo o metano possível de um poço, enquanto sequestram o máximo de dióxido de carbono possível, e pode usar filtros que otimizam a captura de carbono ou o fluxo de metano. Nenhum filtro fará as duas coisas, mas graças aos cientistas da Rice University, eles agora sabem como ajustar os sorventes para suas necessidades.
Ajustes sutis na fabricação de um sorvente de carbono à base de polímero tornam-no o material mais conhecido para capturar o gás de efeito estufa ou equilibrar a captura de carbono com seletividade de metano, de acordo com o químico Andrew Barron.
Os detalhes estão em um artigo este mês pelo cientista pesquisador Saunab Ghosh, de Barron e Rice, no jornal da Royal Society of Chemistry Energia Sustentável e Combustíveis .
"O desafio é capturar o máximo de carbono possível e, ao mesmo tempo, permitir que o metano flua nas pressões típicas da cabeça do poço, "Barron disse." Nós definimos os parâmetros em um mapa que dá à indústria o melhor conjunto de opções até hoje. "
O trabalho anterior do laboratório determinou que os filtros de carbono maximizaram sua capacidade de captura com uma área de superfície de 2, 800 metros quadrados por grama e um volume de poro de 1,35 centímetros cúbicos por grama. Eles também descobriram que o melhor material de captura de carbono não alcançava a melhor compensação entre a seletividade do carbono e do metano. Com o novo trabalho, eles sabem como ajustar o material para um ou outro, Barron disse.
"A abordagem tradicional tem sido fazer materiais com volume de poro cada vez maior e relacionar isso a um adsorvente melhor; no entanto, parece ser um pouco mais sutil, " ele disse.
O gráfico à esquerda mostra a dependência da captação de dióxido de carbono em várias pressões do potássio, oxigênio e hidrogênio (KOH) -to-polímero (politiofeno, ou Pth) razão de peso para os sorventes ativados a 700 graus Celsius por pesquisadores da Rice University. À direita, o gráfico determina a absorção equilibrando o volume total dos poros e a razão KOH para Pth. Os pesquisadores descobriram que poros menores retêm mais dióxido de carbono, enquanto poros maiores equilibram a captação e a seletividade do metano. Crédito:Saunab Ghosh / Rice University
O laboratório fez seus filtros mais recentes aquecendo um precursor de polímero e, em seguida, tratando-o com um reagente de ativação química de potássio, oxigênio e hidrogênio, também conhecido como KOH. Quando o polímero é cozido com KOH em temperaturas acima de 500 graus Celsius (932 graus Fahrenheit), torna-se um filtro altamente poroso, cheio de canais em nanoescala que podem reter carbono.
A proporção de KOH para polímero durante o processamento acabou sendo o fator crítico na determinação das características finais do filtro. Fazer filtros com uma proporção de 3 para 1 de KOH para polímero deu a ele uma área de superfície de 2, 700 metros quadrados por grama e captação maximizada de dióxido de carbono sob pressões de 5 a 30 bar. (Um bar é ligeiramente inferior à pressão atmosférica média ao nível do mar.)
Filtros feitos com uma proporção de 2 para 1 de KOH para polímero tinham menos área de superfície - 2, 200 metros quadrados por grama - e um menor volume de poro. Isso resultou na combinação ideal de captação de dióxido de carbono e seletividade de metano.
O tamanho dos poros também era crítico. Filtros com absorção máxima de carbono tiveram a maior fração de poros menor que 2 nanômetros. Poros maiores são melhores para a seletividade do metano.
"Parece que o volume total dos poros é menos importante do que a quantidade relativa de poros em tamanhos específicos, "Barron disse." Nosso objetivo era criar um guia para pesquisadores e indústria para projetar materiais melhores.
"Esses materiais não só podem ser usados para a separação do dióxido de carbono do gás natural, mas também são modelos para o sequestro de dióxido de carbono em um recurso natural. Essa é a direção futura de nossa pesquisa. "
